JP2018189427A - Gas sensor device, gas sensor system, and gas sensor device manufacturing method - Google Patents

Gas sensor device, gas sensor system, and gas sensor device manufacturing method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor device capable of, when detecting a detection target gas such as ammonia, detecting the detection target gas with high selectivity without the influence of gas exempt from a detection target, which changes an electric resistance value of a contacted part on the same principle as the detection target gas.SOLUTION: A gas sensor device includes: first and second electrodes; and a connected part which is electrically connected to the first and second electrodes, and which is a polythiophene film absorbing cuprous bromide.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ガスセンサデバイス、ガスセンサシステム、及びガスセンサデバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a gas sensor device, a gas sensor system, and a method for manufacturing the gas sensor device.

ヒトの呼気に含まれる特定の化学物質を検出することで、疾病を自覚症状のない初期段階で発見するための研究開発が行われている。電極に形成された半導体の被接触部を測定対象ガスに暴露したときに、検出対象ガスが接触することにより被接触部の電気抵抗値が変化する性質を利用して、検出対象ガスを検出するガスセンサデバイスが知られている。このようなガスセンサデバイスを用いて、呼気に含まれる疾病罹患を示すガスを検出することで、簡易な検査を行う。   Research and development is being carried out to detect diseases at an early stage without subjective symptoms by detecting specific chemical substances contained in human breath. When the contacted part of the semiconductor formed on the electrode is exposed to the measurement target gas, the detection target gas is detected by utilizing the property that the electrical resistance value of the contacted part changes due to contact with the detection target gas. Gas sensor devices are known. By using such a gas sensor device, a simple test is performed by detecting a gas indicating a disease included in exhaled breath.

複数のガスが混在する測定対象ガスから特定の検出対象ガスを検出するために、測定対象ガスに含まれる他のガス(検出対象外ガス)に対して、例えば、約100倍以上の比率で検出対象ガスへの電気抵抗値変化の応答を示す、高いガス種選択性を示すガスセンサデバイスを用いる。高いアンモニアガス選択性を示すガスセンサデバイスとして、例えば、臭化第一銅を用いたものが知られている(例えば、非特許文献1を参照)。   In order to detect a specific detection target gas from a measurement target gas in which a plurality of gases are mixed, for example, detection is performed at a ratio of about 100 times or more with respect to other gases (non-detection target gas) included in the measurement target gas A gas sensor device having a high gas type selectivity and showing a response of an electric resistance value change to a target gas is used. As a gas sensor device exhibiting high ammonia gas selectivity, for example, a device using cuprous bromide is known (see, for example, Non-Patent Document 1).

Analytica Chimica Acta Vol.515(2004)p.279−284Analytica Chimica Acta Vol. 515 (2004) p. 279-284

測定対象ガスに含まれる検出対象外ガスの中には、検出対象ガスと同様に被接触部に接触し、検出対象ガスと比べ僅かではあるが被接触部の電気抵抗値を変化させるものが存在する。被接触部に接触し電気抵抗値を変化させる検出対象外ガスによって、ガスセンサデバイスの検出対象ガス選択性が下がり、検出対象ガスの正確な定量ができない。   Among the non-detection gases included in the measurement target gas, there are those that contact the contacted part in the same way as the detection target gas and change the electrical resistance value of the contacted part slightly compared to the detection target gas. To do. The detection target gas selectivity of the gas sensor device is lowered by the non-detection target gas that contacts the contacted portion and changes the electric resistance value, and the detection target gas cannot be accurately quantified.

一つの側面では、本発明は、検出対象ガス選択性を向上したガスセンサデバイスを提供することを目的とする。   In one aspect, an object of the present invention is to provide a gas sensor device with improved detection target gas selectivity.

一つの様態では、ガスセンサデバイスは、第1電極及び第2電極と、第1電極及び第2電極と電気的に接続され、臭化第一銅を吸着したポリチオフェン膜とを備える。   In one aspect, the gas sensor device includes a first electrode and a second electrode, and a polythiophene film that is electrically connected to the first electrode and the second electrode and adsorbs cuprous bromide.

一つの様態では、ガスセンサシステムは、第1電極及び第2電極と、第1電極及び第2電極と電気的に接続され、臭化第一銅を吸着したポリチオフェン膜とを備えるガスセンサデバイスと、前記ポリチオフェン膜の電気特性を計測する計測部とを備える。   In one aspect, a gas sensor system comprises a gas sensor device comprising a first electrode and a second electrode, and a polythiophene film that is electrically connected to the first electrode and the second electrode and adsorbs cuprous bromide; A measurement unit for measuring the electrical characteristics of the polythiophene film.

一つの様態では、ガスセンサデバイスの製造方法は、第1電極及び第2電極と電気的に接続され、臭化第一銅を吸着したポリチオフェン膜を形成する。   In one aspect, the gas sensor device manufacturing method forms a polythiophene film that is electrically connected to the first electrode and the second electrode and adsorbs cuprous bromide.

一つの側面として、検出対象ガス選択性が向上したガスセンサデバイス及びガスセンサシステムが得られる。   As one aspect, a gas sensor device and a gas sensor system with improved detection target gas selectivity can be obtained.

一つの側面として、検出対象ガス選択性が向上したガスセンサデバイスを製造できる。   As one aspect, a gas sensor device with improved detection target gas selectivity can be manufactured.

図1は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a gas sensor device according to a first embodiment. 図2は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの上面図である。FIG. 2 is a top view of the gas sensor device according to the first embodiment. 図3は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの、ポリチオフェン平面を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a polythiophene plane of the gas sensor device according to the first embodiment. 図4は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの、ポリチオフェンのスタッキング構造を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a polythiophene stacking structure of the gas sensor device according to the first embodiment. 図5は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの、被接触部の分子構造を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a molecular structure of a contacted part of the gas sensor device according to the first embodiment. 図6は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの、ガスと接触時に予想される被接触部における分子の平衡状態を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a molecular equilibrium state in a contacted portion that is expected when the gas sensor device according to the first embodiment is in contact with a gas. 図7は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法の工程を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a process of the method for manufacturing the gas sensor device according to the first embodiment. 図8は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法の工程を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a process of the method for manufacturing the gas sensor device according to the first embodiment. 図9は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法の工程を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a process of the method for manufacturing the gas sensor device according to the first embodiment. 図10は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法の工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a process of the method for manufacturing the gas sensor device according to the first embodiment. 図11は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法によって製造されるガスセンサデバイスを測定した、X線回折プロファイルである。FIG. 11 is an X-ray diffraction profile obtained by measuring the gas sensor device manufactured by the gas sensor device manufacturing method according to the first embodiment. 図12は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法によって製造されるガスセンサデバイスの、走査型透過電子顕微鏡像である。FIG. 12 is a scanning transmission electron microscope image of the gas sensor device manufactured by the gas sensor device manufacturing method according to the first embodiment. 図13は、第2実施形態にかかるガスセンサシステムを示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a gas sensor system according to the second embodiment. 図14は、第2実施形態にかかるガスセンサデバイスの、大気中濃度が1ppmのアンモニアガス、及び硫化水素ガスに対する応答プロファイルである。FIG. 14 is a response profile of the gas sensor device according to the second embodiment with respect to ammonia gas and hydrogen sulfide gas having an atmospheric concentration of 1 ppm. 図15は、図14に示した応答プロファイルのうち、対象ガスに暴露開始から30秒間までの初期応答を示す拡大図である。FIG. 15 is an enlarged view showing an initial response from the start of exposure to the target gas in the response profile shown in FIG. 14 until 30 seconds. 図16は、第3実施形態にかかる呼気ガスセンサシステムを示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating an expired gas sensor system according to the third embodiment. 図17は、比較例にかかるガスセンサデバイスの、大気中濃度が1ppmのアンモニアガス、及び硫化水素ガスに対する応答プロファイルである。FIG. 17 is a response profile of the gas sensor device according to the comparative example with respect to ammonia gas and hydrogen sulfide gas having an atmospheric concentration of 1 ppm. 図18は、図17に示した応答プロファイルのうち、対象ガスに暴露開始から60秒間までの初期応答を示す拡大図である。FIG. 18 is an enlarged view showing the initial response from the start of exposure to the target gas in the response profile shown in FIG. 17 until 60 seconds. 図19は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの変形例を示す図である。FIG. 19 is a diagram illustrating a modification of the gas sensor device according to the first embodiment. 図20は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの変形例を示す図である。FIG. 20 is a diagram illustrating a modification of the gas sensor device according to the first embodiment.

以下、図1〜図20を参照して本発明の実施形態にかかるガスセンサデバイス、ガスセンサシステム、及びガスセンサデバイスの製造方法について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はこれらの実施形態に限定されず、請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。なお、図面が異なっても対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。   Hereinafter, a gas sensor device, a gas sensor system, and a method for manufacturing the gas sensor device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the matters described in the claims and equivalents thereof. Note that even if the drawings are different, corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

以下、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスについて、図1〜図6を参照して説明する。第1実施形態にかかるガスセンサデバイスは、測定対象ガス中の検出対象ガスの接触に対し、電気抵抗値変化で応答を示す。第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの測定対象ガスは、例えば、ヒトの呼気であり、検出対象ガスはアンモニアガスである。   Hereinafter, the gas sensor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The gas sensor device according to the first embodiment shows a response with a change in electric resistance value with respect to contact with a detection target gas in the measurement target gas. The measurement target gas of the gas sensor device according to the first embodiment is, for example, human breath, and the detection target gas is ammonia gas.

図1は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの断面図である。図2は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの上面図である。ガスセンサデバイス10は、図1、図2に示すように、基板11と、2つの電極12a、12bと、被接触部13とを備える。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a gas sensor device according to a first embodiment. FIG. 2 is a top view of the gas sensor device according to the first embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the gas sensor device 10 includes a substrate 11, two electrodes 12 a and 12 b, and a contacted portion 13.

基板11は、例えば、一辺15mmの熱酸化膜付シリコンウエハ(熱酸化膜厚100nm)である。   The substrate 11 is, for example, a silicon wafer with a thermal oxide film having a side of 15 mm (thermal oxide film thickness: 100 nm).

2つの電極12a、12bは、基板11の上に、第1電極12a及び第2電極12bとして設けられる。2つの電極12a、12bは、例えば、幅5mm、長さ6mm、膜厚60nmである。2つの電極12a、12bは、所定の間隔、例えば、1mmの間隔を空けて設けられる。   The two electrodes 12a and 12b are provided on the substrate 11 as a first electrode 12a and a second electrode 12b. The two electrodes 12a and 12b have, for example, a width of 5 mm, a length of 6 mm, and a film thickness of 60 nm. The two electrodes 12a and 12b are provided at a predetermined interval, for example, 1 mm.

被接触部13は、2つの電極12a、12bと電気的に接続され、臭化第一銅を吸着したポリチオフェン膜14である。被接触部13は、例えば、膜厚60nm、一辺5mmの矩形である。   The contacted portion 13 is a polythiophene film 14 that is electrically connected to the two electrodes 12a and 12b and adsorbs cuprous bromide. The contacted part 13 is, for example, a rectangle having a film thickness of 60 nm and a side of 5 mm.

ポリチオフェン膜14は、複数のポリチオフェン分子からなり、複数のポリチオフェン分子が有するチオフェン環を、第1電極12aから第2電極12bの方向にスタッキングされたスタッキング構造を形成していることが、ガスセンサデバイス10を用いて検出対象ガスを検出するにあたって、高い応答感度をもって検出対象ガスを検出できる点から好ましい。複数のポリチオフェン分子は、第1電極12aから第2電極12bの方向に対して、それぞれ傾いた状態でスタッキングされていてもよい。   The polythiophene film 14 is composed of a plurality of polythiophene molecules and forms a stacking structure in which the thiophene rings of the plurality of polythiophene molecules are stacked in the direction from the first electrode 12a to the second electrode 12b. The detection target gas is preferably detected from the point that the detection target gas can be detected with high response sensitivity. The plurality of polythiophene molecules may be stacked in an inclined state with respect to the direction from the first electrode 12a to the second electrode 12b.

ポリチオフェン膜14は、p型半導体として導電性の高いポリチオフェンを有することが、ガスセンサデバイス10を用いて検出対象ガスを検出するにあたって、高い応答感度をもって検出対象ガスを検出できる点から好ましい。ポリチオフェン膜14が有するポリチオフェンの具体的な材料として、例えば、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)(PH3T)である。   It is preferable that the polythiophene film 14 has a highly conductive polythiophene as a p-type semiconductor because the detection target gas can be detected with high response sensitivity when the detection target gas is detected using the gas sensor device 10. A specific material of polythiophene included in the polythiophene film 14 is, for example, poly (3-hexylthiophene) (PH3T).

臭化第一銅は、例えば、ポリチオフェン膜14に物理吸着し、ポリチオフェン膜14のポリチオフェン分子と電子の授受が可能な距離に存在していてもよい。臭化第一銅は、例えば、ポリチオフェン膜14に配位結合形成による化学吸着をし、ポリチオフェン膜14のポリチオフェン分子と配位結合を形成していてもよい。臭化第一銅は、銅(I)イオンと臭化物イオンを有する。   For example, cuprous bromide may be physically adsorbed on the polythiophene film 14 and may be present at a distance where electrons can be exchanged with the polythiophene molecules of the polythiophene film 14. For example, cuprous bromide may be chemisorbed by forming a coordination bond on the polythiophene film 14 to form a coordinate bond with the polythiophene molecule of the polythiophene film 14. Cuprous bromide has copper (I) ions and bromide ions.

図3は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの、ポリチオフェン平面を示す図である。ポリチオフェン膜14は、図3に示すように、チオフェン環を有するポリチオフェンの繰り返し単位を有する。ポリチオフェンの繰り返し単位に含まれるチオフェン環を構成する原子は、同一平面14A(ポリチオフェン平面14A)上に存在している。   FIG. 3 is a diagram illustrating a polythiophene plane of the gas sensor device according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the polythiophene film 14 has a repeating unit of polythiophene having a thiophene ring. The atoms constituting the thiophene ring contained in the repeating unit of polythiophene are present on the same plane 14A (polythiophene plane 14A).

図4は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの、ポリチオフェンのスタッキング構造を示す図である。ポリチオフェン膜14は、図4に示すように、ポリチオフェン平面14Aと、ポリチオフェン平面14Bを含む他のポリチオフェン平面とを積み重ねたスタッキング構造の複数のポリチオフェン分子を有してもよい。複数のポリチオフェン分子は、π−π相互作用によってスタッキング構造で安定となる。   FIG. 4 is a diagram showing a polythiophene stacking structure of the gas sensor device according to the first embodiment. As shown in FIG. 4, the polythiophene film 14 may include a plurality of polythiophene molecules having a stacking structure in which a polythiophene plane 14A and another polythiophene plane including the polythiophene plane 14B are stacked. A plurality of polythiophene molecules are stabilized in a stacking structure by π-π interaction.

臭化第一銅は、スタッキング構造のポリチオフェンの側部に吸着する。臭化第一銅は、スタッキング構造のポリチオフェンの側部に吸着することで、被接触部13の表面付近に露出される。臭化第一銅に検出対象ガスが接触しやすいため、ガスセンサデバイス10は、検出対象ガスに対する高い応答感度を示す。   Cuprous bromide is adsorbed on the side of the stacking structure polythiophene. Cuprous bromide is exposed near the surface of the contacted portion 13 by adsorbing to the side of the stacking structure polythiophene. Since the detection target gas easily comes into contact with cuprous bromide, the gas sensor device 10 exhibits high response sensitivity to the detection target gas.

上記のように、臭化第一銅を吸着したポリチオフェン膜14である被接触部13を備えるガスセンサデバイス10は、検出対象ガスであるアンモニアガスの接触に対する電気抵抗値変化の応答が高感度で、検出対象外ガスである硫化水素ガスの接触に対する電気抵抗値変化の応答が低感度となるので、高いアンモニアガス選択性を示す。   As described above, the gas sensor device 10 including the contacted portion 13 that is the polythiophene film 14 that has adsorbed cuprous bromide is highly sensitive in response to a change in electric resistance value with respect to contact with ammonia gas that is a detection target gas, Since the response of the electric resistance value change to the contact with the hydrogen sulfide gas which is a gas not to be detected becomes low sensitivity, high ammonia gas selectivity is exhibited.

以下、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの予想される動作原理について、図5〜図6を参照して説明する。   Hereinafter, an expected operation principle of the gas sensor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図5は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの、被接触部の分子構造を示す図である。臭化第一銅とポリチオフェンは、ポリチオフェンの含むチオフェン環の硫黄原子から、臭化第一銅に電子を供与し、配位結合を形成している。   FIG. 5 is a diagram illustrating a molecular structure of a contacted part of the gas sensor device according to the first embodiment. Cuprous bromide and polythiophene form a coordination bond by donating electrons to cuprous bromide from the sulfur atom of the thiophene ring included in polythiophene.

図6は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの、ガスと接触時に予想される被接触部における分子の平衡状態を示す図である。検出対象ガスのアンモニアは、被接触部13に接近し接触すると、臭化第一銅に電子を供与し、配位結合を形成する。アンモニア−臭化第一銅間の配位結合が形成されると、ポリチオフェン−臭化第一銅間の配位結合が切断される。   FIG. 6 is a diagram illustrating a molecular equilibrium state in a contacted portion that is expected when the gas sensor device according to the first embodiment is in contact with a gas. When ammonia as the detection target gas approaches and comes into contact with the contacted portion 13, it donates electrons to the cuprous bromide and forms a coordinate bond. When the coordinate bond between ammonia and cuprous bromide is formed, the coordinate bond between polythiophene and cuprous bromide is broken.

ポリチオフェン−臭化第一銅間の配位結合が切断されると、臭化第一銅に供与されていた電子がポリチオフェン膜14に戻される。ポリチオフェン膜14のp型キャリア濃度が減少するので、被接触部13の電気抵抗値が増加する。   When the coordination bond between polythiophene and cuprous bromide is broken, the electrons donated to the cuprous bromide are returned to the polythiophene film 14. Since the p-type carrier concentration of the polythiophene film 14 decreases, the electrical resistance value of the contacted portion 13 increases.

被接触部13に暴露される測定対象ガス中のアンモニア濃度が増加すると、図6の右矢印に示すように、アンモニア−臭化第一銅間の配位結合を形成する。反対に、ガスセンサデバイス10に暴露される測定対象ガス中のアンモニア濃度が下がると、図6の左矢印に示すように、ポリチオフェン−臭化第一銅間の配位結合を形成する。   When the ammonia concentration in the measurement target gas exposed to the contacted portion 13 increases, a coordinate bond between ammonia and cuprous bromide is formed as shown by the right arrow in FIG. On the contrary, when the ammonia concentration in the measurement target gas exposed to the gas sensor device 10 decreases, a coordinate bond between polythiophene and cuprous bromide is formed as shown by the left arrow in FIG.

ガスセンサデバイス10は、暴露される測定対象ガス中のアンモニア濃度に応じて、被接触部13における分子の平衡から配位結合形成の反応が進むことで、アンモニア−臭化第一銅間の配位結合形成の割合を変化させ、電気抵抗値変化の応答を示す。   The gas sensor device 10 is coordinated between ammonia and cuprous bromide by a reaction of coordination bond formation from the molecular equilibrium in the contacted part 13 according to the ammonia concentration in the measurement target gas to be exposed. The ratio of the bond formation is changed, and the response of the electric resistance value change is shown.

アンモニアの臭化第一銅と配位結合を形成する能力は、ポリチオフェンの臭化第一銅と配位結合を形成する能力よりも遥かに高いため、アンモニアガスに暴露された被接触部13において、直ちにポリチオフェン−臭化第一銅間の配位結合を切断し、アンモニア−臭化第一銅間の配位結合を形成する。アンモニアガスに暴露されたガスセンサデバイス10は、アンモニア−臭化第一銅間の配位結合を形成する速度が直ちに大きくなるため、電気抵抗値変化の応答による検出が高感度となる。   Since the ability of ammonia to form a coordination bond with cuprous bromide is much higher than the ability of polythiophene to form a coordination bond with cuprous bromide, in contacted part 13 exposed to ammonia gas. Immediately, the coordination bond between polythiophene and cuprous bromide is broken, and the coordination bond between ammonia and cuprous bromide is formed. Since the gas sensor device 10 exposed to the ammonia gas immediately increases the speed of forming a coordinate bond between ammonia and cuprous bromide, detection by a response to a change in electric resistance value is highly sensitive.

一方で、硫化水素の臭化第一銅と配位結合を形成する能力は、ポリチオフェンの臭化第一銅と配位結合を形成する能力と同程度なので、硫化水素ガスに暴露された被接触部13において、ポリチオフェン−臭化第一銅間の配位結合切断は、アンモニアガスに暴露された被接触部13におけるポリチオフェン−臭化第一銅間の配位結合切断よりも、時間がかかる。硫化水素ガスに暴露されたガスセンサデバイス10は、ポリチオフェン−臭化第一銅間の配位結合に阻害され、硫化水素−臭化第一銅間の配位結合を形成する速度が大きくなりにくいため、電気抵抗値変化の応答による検出が低感度となる。   On the other hand, the ability of hydrogen sulfide to form a coordination bond with cuprous bromide is similar to the ability of polythiophene to form a coordination bond with cuprous bromide. In part 13, the coordination bond breakage between polythiophene and cuprous bromide takes longer than the coordination bond breakage between polythiophene and cuprous bromide in contacted part 13 exposed to ammonia gas. The gas sensor device 10 exposed to hydrogen sulfide gas is hindered by the coordination bond between polythiophene and cuprous bromide, and the rate of forming the coordination bond between hydrogen sulfide and cuprous bromide is difficult to increase. The detection by the response of the change in the electric resistance value becomes low sensitivity.

以下、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法について、図7〜図10を参照して説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the gas sensor device concerning 1st Embodiment is demonstrated with reference to FIGS.

第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法は、基板の上に第1電極及び第2電極を形成し、第1電極及び第2電極と電気的に接続されたポリチオフェン膜を形成し、ポリチオフェン膜に臭化第二銅を接触させることで、臭化第一銅を吸着したポリチオフェン膜である被接触部を形成する。   In the method for manufacturing a gas sensor device according to the first embodiment, a first electrode and a second electrode are formed on a substrate, a polythiophene film electrically connected to the first electrode and the second electrode is formed, and a polythiophene film is formed. By contacting cupric bromide, a contacted portion that is a polythiophene film adsorbing cuprous bromide is formed.

図7は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法の工程を示す図である。基板11の上に、図7に示すように、2つの電極12a、12bを形成する。基板11は、例えば、一辺15mmの熱酸化膜付シリコンウエハ(熱酸化膜厚100nm)である。2つの電極12a、12bは、例えば、幅5mm、長さ6mm、膜厚60nmの金電極で、間隔を1mmとして、真空蒸着を用いて形成する。   FIG. 7 is a diagram illustrating a process of the method for manufacturing the gas sensor device according to the first embodiment. On the substrate 11, two electrodes 12a and 12b are formed as shown in FIG. The substrate 11 is, for example, a silicon wafer with a thermal oxide film having a side of 15 mm (thermal oxide film thickness: 100 nm). The two electrodes 12a and 12b are, for example, gold electrodes having a width of 5 mm, a length of 6 mm, and a film thickness of 60 nm, and are formed by vacuum deposition with an interval of 1 mm.

図8は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法の工程を示す図である。2つの電極12a、12bと電気的に接続されたポリチオフェン膜14を形成する。ポリチオフェン膜14の形成は、例えば、o−ジクロロベンゼンに1重量%の濃度で溶解させた、P3HTの溶液1μLを一辺5mmの矩形に塗布し、自然乾燥させる方法で行うことが、導電性の高いポリチオフェン膜14の収率が高くなり、高い応答感度をもって検出対象ガスを検出できるガスセンサデバイスを得られる点から好ましい。   FIG. 8 is a diagram illustrating a process of the method for manufacturing the gas sensor device according to the first embodiment. A polythiophene film 14 electrically connected to the two electrodes 12a and 12b is formed. The formation of the polythiophene film 14 is performed, for example, by applying 1 μL of a P3HT solution dissolved in o-dichlorobenzene at a concentration of 1% by weight to a rectangle having a side of 5 mm and drying it naturally. This is preferable because the yield of the polythiophene film 14 is increased, and a gas sensor device capable of detecting the detection target gas with high response sensitivity can be obtained.

図9は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法の工程を示す図である。ポリチオフェン膜14に、臭化第二銅を接触させる。臭化第二銅を接触させるには、例えば、臭化第二銅の濃度0.1mol/Lメタノール溶液を滴下し、5分間静置した後に、純メタノールで洗浄し、自然乾燥させる方法で行う。   FIG. 9 is a diagram illustrating a process of the method for manufacturing the gas sensor device according to the first embodiment. Cupric bromide is brought into contact with the polythiophene film 14. In order to contact cupric bromide, for example, a 0.1 mol / L methanol solution of cupric bromide is dropped and left for 5 minutes, then washed with pure methanol and naturally dried. .

臭化第二銅に含まれる銅(II)イオンは、ポリチオフェン膜14を酸化しポリチオフェン膜14の電子を受け取り、還元され銅(I)イオンになる。酸化還元反応によって、臭化第一銅が形成され、ポリチオフェン膜14に吸着する。   Copper (II) ions contained in the cupric bromide oxidize the polythiophene film 14 to receive electrons from the polythiophene film 14 and are reduced to copper (I) ions. By the oxidation-reduction reaction, cuprous bromide is formed and adsorbed on the polythiophene film 14.

図10は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法の工程を示す図である。図10に示すように、臭化第一銅を吸着したポリチオフェン膜14である被接触部13を形成し、ガスセンサデバイス10を製造する。   FIG. 10 is a diagram illustrating a process of the method for manufacturing the gas sensor device according to the first embodiment. As shown in FIG. 10, a contacted portion 13 that is a polythiophene film 14 that adsorbs cuprous bromide is formed, and the gas sensor device 10 is manufactured.

上記のように、第1電極12a及び第2電極12bと電気的に接続され、臭化第一銅を吸着したポリチオフェン膜14である被接触部13を形成するガスセンサデバイスの製造方法は、アンモニアガス選択性を向上したガスセンサデバイス10を製造できる。   As described above, the method of manufacturing the gas sensor device that forms the contacted portion 13 that is the polythiophene film 14 that is electrically connected to the first electrode 12a and the second electrode 12b and adsorbs cuprous bromide is ammonia gas. The gas sensor device 10 with improved selectivity can be manufactured.

第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法によって製造されるガスセンサデバイス10について、X線光電子分光(XPS)による元素分析を行う。臭化第一銅が吸着するポリチオフェン膜14の表面に対して、分析対象深さ5nm程度でXPSによる元素組成比分析を行うと、被接触部13の銅原子数、臭素原子数、硫黄原子数、炭素原子数の比は、約1:1:13:130である。   Elemental analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is performed on the gas sensor device 10 manufactured by the method for manufacturing a gas sensor device according to the first embodiment. When the elemental composition ratio analysis by XPS is performed on the surface of the polythiophene film 14 to which cuprous bromide is adsorbed at an analysis target depth of about 5 nm, the number of copper atoms, the number of bromine atoms, the number of sulfur atoms in the contacted part 13 The ratio of the number of carbon atoms is about 1: 1: 13: 130.

ポリチオフェン膜14の膜厚60nmに対し、分析対象深さは5nm程度であり、炭素原子数と硫黄原子数の比から、ポリチオフェン膜14の表面にはチオフェン環13個に対して銅原子が1個の割合で含まれている。また、観測される銅原子はイオン状態となっており、一価のイオンと二価のイオンの比は約10:1と見積もられる。したがって、ポリチオフェン膜14に吸着する銅化合物のほとんどは、臭化第一銅である。   The analysis depth is about 5 nm with respect to the film thickness of 60 nm of the polythiophene film 14. From the ratio of the number of carbon atoms and the number of sulfur atoms, one copper atom is present on the surface of the polythiophene film 14 with respect to 13 thiophene rings. Is included in the ratio. Moreover, the observed copper atom is in an ionic state, and the ratio of monovalent ions to divalent ions is estimated to be about 10: 1. Therefore, most of the copper compound adsorbed on the polythiophene film 14 is cuprous bromide.

図11は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法によって製造されるガスセンサデバイス10を測定した、X線回折プロファイルである。図11に示すように、ポリチオフェン膜14の材料であるP3HTのスタッキング構造由来のピークのみが観測される。臭化第一銅を示すピークが観測されないことから、少なくとも数nmの臭化第一銅結晶は形成されていないと予想される。   FIG. 11 is an X-ray diffraction profile obtained by measuring the gas sensor device 10 manufactured by the gas sensor device manufacturing method according to the first embodiment. As shown in FIG. 11, only the peak derived from the stacking structure of P3HT, which is the material of the polythiophene film 14, is observed. Since no peak indicating cuprous bromide is observed, it is expected that a cuprous bromide crystal of at least several nm is not formed.

図12は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの製造方法によって製造されるガスセンサデバイス10の、走査型透過電子顕微鏡像である。臭化第一銅の結晶構造は観測されない。   FIG. 12 is a scanning transmission electron microscope image of the gas sensor device 10 manufactured by the gas sensor device manufacturing method according to the first embodiment. The crystal structure of cuprous bromide is not observed.

分析の結果より、ガスセンサデバイスの製造方法における第1実施形態によって製造されるガスセンサデバイス10は、主にポリチオフェン膜14の材料であるP3HTからなり、P3HT表面に、臭化第一銅が結晶を成長させることなく離散して存在する構造であることが推測される。   As a result of the analysis, the gas sensor device 10 manufactured by the first embodiment of the gas sensor device manufacturing method is mainly composed of P3HT, which is the material of the polythiophene film 14, and cuprous bromide grows crystals on the surface of the P3HT. It is presumed that the structure exists in a discrete manner without causing it.

以下、第2実施形態にかかるガスセンサシステムについて、図13を参照して説明する。第2実施形態にかかるガスセンサシステムは、測定対象ガス中の検出対象ガスを検出するガスセンサシステムである。第2実施形態にかかるガスセンサシステムの測定対象ガスは、例えば、ヒトの呼気であり、検出対象ガスはアンモニアガスである。   Hereinafter, the gas sensor system according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The gas sensor system according to the second embodiment is a gas sensor system that detects a detection target gas in a measurement target gas. The measurement target gas of the gas sensor system according to the second embodiment is, for example, human breath, and the detection target gas is ammonia gas.

図13は、第2実施形態にかかるガスセンサシステムの図である。ガスセンサシステム20は、図13に示すように、ガスセンサデバイス10と、計測部21と算出部22とを含む測定部とを備える。   FIG. 13 is a diagram of a gas sensor system according to the second embodiment. As shown in FIG. 13, the gas sensor system 20 includes the gas sensor device 10 and a measurement unit including a measurement unit 21 and a calculation unit 22.

計測部21は、ガスセンサデバイス10の2つの電極12a、12bに電気的に接続され、ガスセンサデバイス10の被接触部13の電気特性を計測する。計測部21は、例えば、電位計等の計測回路である。計測部21は、例えば、直列に接続された被接触部13と抵抗との両端に定電位を印加し、被接触部13と抵抗との接点の電位を計測することで、被接触部13の電気抵抗値を計測する。また、計測部21は、例えば、被接触部13の両端に定電位を印加し、被接触部13の接点の電流値を計測する。   The measurement unit 21 is electrically connected to the two electrodes 12 a and 12 b of the gas sensor device 10 and measures the electrical characteristics of the contacted portion 13 of the gas sensor device 10. The measurement unit 21 is a measurement circuit such as an electrometer, for example. For example, the measuring unit 21 applies a constant potential to both ends of the contacted part 13 and the resistor connected in series, and measures the potential of the contact point between the contacted part 13 and the resistor, thereby measuring the contacted part 13. Measure the electrical resistance. For example, the measuring unit 21 applies a constant potential to both ends of the contacted part 13 and measures the current value of the contact of the contacted part 13.

算出部22は、ガスセンサデバイス10の被接触部13の電気特性の変化を算出する。算出部22は、計測部21と電気的に接続され、計測部21で計測されたガスセンサデバイス10の電気特性の計測値を受け取り、電気特性の変化を算出する。算出部22は、例えば、コンピュータ等の制御装置である。電気特性の変化は、例えば、被接触部13の電気抵抗初期値Rに対する、一定期間経過後の電気抵抗値Rとの比や、差である。また、電気特性の変化は、例えば、被接触部13の電流初期値に対する、一定期間経過後の電流値との比や、差である。算出部22は、算出した電気特性の変化に基づいて、検出対象ガスの濃度を算出してもよい。 The calculation unit 22 calculates a change in electrical characteristics of the contacted part 13 of the gas sensor device 10. The calculation unit 22 is electrically connected to the measurement unit 21, receives a measurement value of the electric characteristic of the gas sensor device 10 measured by the measurement unit 21, and calculates a change in the electric characteristic. The calculation unit 22 is a control device such as a computer, for example. The change in the electrical characteristics is, for example, the ratio or difference between the electrical resistance initial value R 0 of the contacted portion 13 and the electrical resistance value R after a lapse of a certain period. The change in electrical characteristics is, for example, the ratio or difference between the initial current value of the contacted portion 13 and the current value after a lapse of a certain period. The calculation unit 22 may calculate the concentration of the detection target gas based on the calculated change in electrical characteristics.

算出部22は、例えば、計測部21によって計測された被接触部13の電気抵抗値を毎秒1回記録し、測定対象ガスに暴露する前の電気抵抗値を電気抵抗初期値Rとし、測定対象ガスに暴露を開始した時点から一定期間後、例えば、10秒後の電気抵抗値Rについて、電気抵抗初期値Rに対しての時間あたり変化を算出してもよい。 For example, the calculating unit 22 records the electrical resistance value of the contacted part 13 measured by the measuring unit 21 once every second, and sets the electrical resistance value before exposure to the measurement target gas as the electrical resistance initial value R 0. For example, a change per hour with respect to the electric resistance initial value R 0 may be calculated for the electric resistance value R after a certain period from the start of exposure to the target gas, for example, 10 seconds later.

算出部22は、濃度既知の検出対象ガスをガスセンサデバイス10に暴露して作成した、被接触部13の電気特性の時間あたり変化、例えば、被接触部13の電気抵抗値の時間あたり変化のプロファイルを作成、記録しておき、算出した電気抵抗値の時間あたり変化と、記録したプロファイルとを対照し、濃度を算出してもよい。   The calculation unit 22 is a profile of change in electrical characteristics of the contacted part 13 over time, for example, a change in electrical resistance value of the contacted part 13 over time, which is created by exposing the gas to be detected with a gas having a known concentration to the gas sensor device 10. May be created and recorded, and the concentration may be calculated by comparing the calculated change in electrical resistance value per hour with the recorded profile.

算出部22は、ガスセンサデバイス10に測定対象ガスを暴露開始した時点から一定期間の電気特性の変化、例えば、硫化水素への応答を開始するまでの期間の電気抵抗値の時間あたり変化に基づいて、ガス濃度を算出してもよい。   The calculation unit 22 is based on a change in electrical characteristics for a certain period from the start of exposure of the gas to be measured to the gas sensor device 10, for example, a change per hour in the electrical resistance value in a period until a response to hydrogen sulfide is started. The gas concentration may be calculated.

上記のように、ガスセンサデバイス10と、計測部21と、算出部22とを備えるガスセンサシステム20は、高いアンモニアガス選択性を示すガスセンサデバイス10を備えることから、正確なアンモニアの定量を行うことができる。   As described above, the gas sensor system 20 including the gas sensor device 10, the measurement unit 21, and the calculation unit 22 includes the gas sensor device 10 that exhibits high ammonia gas selectivity. it can.

以下、第2実施形態にかかるガスセンサシステムの、濃度1ppmのアンモニア及び硫化水素に対する電気抵抗値変化の応答について、図14〜図15を参照して説明する。   Hereinafter, the response of the electrical resistance value change to ammonia and hydrogen sulfide having a concentration of 1 ppm in the gas sensor system according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 14 to 15.

ガスセンサデバイス10を空気流中に設置し、清浄空気と濃度1ppmのアンモニアと交互に暴露することで、アンモニアに対するガスセンサデバイス10の時間ごとの電気抵抗値を測定する。同様に、ガスセンサデバイス10を空気流中に設置し、清浄空気と濃度1ppmの硫化水素と交互に暴露することで、硫化水素に対するガスセンサデバイス10の時間ごとの電気抵抗値を測定する。   The gas sensor device 10 is installed in an air flow, and the electrical resistance value of the gas sensor device 10 with respect to ammonia is measured with respect to ammonia by alternately exposing clean air and ammonia having a concentration of 1 ppm. Similarly, the gas sensor device 10 is installed in an air flow and alternately exposed to clean air and hydrogen sulfide having a concentration of 1 ppm, thereby measuring the electric resistance value of the gas sensor device 10 with respect to hydrogen sulfide over time.

図14は、第2実施形態にかかるガスセンサデバイスの、大気中濃度が1ppmであるアンモニアガス、及び硫化水素ガスに対する応答プロファイルである。横軸は時間、縦軸は相対応答強度を示す。相対応答強度は、清浄空気下におけるガスセンサデバイス10の電気抵抗初期値Rと、毎秒ごとに測定される電気抵抗値Rとの比である。相対応答強度が時間あたりに大きく変化するほど、ガスセンサデバイス10がガスに対して高感度で電気抵抗値変化の応答を示している。 FIG. 14 is a response profile of the gas sensor device according to the second embodiment with respect to ammonia gas and hydrogen sulfide gas having an atmospheric concentration of 1 ppm. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents relative response intensity. The relative response intensity is a ratio between the electric resistance initial value R 0 of the gas sensor device 10 under clean air and the electric resistance value R measured every second. The greater the relative response intensity changes with time, the more sensitive the gas sensor device 10 is to the gas in response to changes in electrical resistance.

ガスセンサデバイス10は、図14に示すように、アンモニアとの接触による相対応答強度の時間あたり変化が大きい。一方、ガスセンサデバイス10の硫化水素との接触では、暴露を開始した時点から300秒間、相対応答強度が大きく変化しない。アンモニアに対しては高感度で応答し、硫化水素に対しては低感度で応答を示していることから、ガスセンサデバイス10のアンモニアガス選択性は高い。   As shown in FIG. 14, the gas sensor device 10 has a large change per hour in relative response intensity due to contact with ammonia. On the other hand, when the gas sensor device 10 is brought into contact with hydrogen sulfide, the relative response intensity does not change greatly for 300 seconds from the start of exposure. Since the gas sensor device 10 responds with high sensitivity to ammonia and responds with low sensitivity to hydrogen sulfide, the ammonia gas selectivity of the gas sensor device 10 is high.

図15は、図14に示した応答プロファイルのうち、対象ガスに暴露開始から30秒間までの初期応答を示す拡大図である。硫化水素に対するガスセンサデバイス10の応答は、図15に示すように、暴露を開始した時点から30秒間、相対応答強度の有意な変化がない。硫化水素−臭化第一銅間の配位結合形成が、ポリチオフェン−臭化第一銅間の配位結合に阻害されることにより、ガスセンサデバイス10の硫化水素に対する電気抵抗値の応答開始が遅くなるためである。   FIG. 15 is an enlarged view showing an initial response from the start of exposure to the target gas in the response profile shown in FIG. 14 until 30 seconds. As shown in FIG. 15, the response of the gas sensor device 10 to hydrogen sulfide has no significant change in relative response intensity for 30 seconds from the start of exposure. Since the formation of coordination bond between hydrogen sulfide and cuprous bromide is inhibited by the coordination bond between polythiophene and cuprous bromide, the response start of the electrical resistance value to hydrogen sulfide of gas sensor device 10 is delayed. It is to become.

ガスセンサデバイス10の硫化水素に対する応答開始が遅れることを利用し、測定対象ガスに暴露を開始してから硫化水素への応答を開始するまでの期間の電気抵抗値を定量に用いることで、硫化水素の影響なく正確なアンモニアの定量を行うことができる。これは後述する比較例と比べて、ガスセンサデバイス10の硫化水素に対する応答開始が遅れていることから、明らかである。   By utilizing the delay in the start of the response of the gas sensor device 10 to hydrogen sulfide and using the electrical resistance value during the period from the start of exposure to the gas to be measured to the start of the response to hydrogen sulfide, hydrogen sulfide is used. Accurate quantification of ammonia can be performed without the influence of. This is apparent from the delayed response start of the gas sensor device 10 to hydrogen sulfide as compared to a comparative example described later.

以下、第3実施形態にかかる呼気ガスセンサシステムについて、図16を参照して説明する。第3実施形態にかかる呼気ガスセンサシステムは、ヒトの呼気中のアンモニアガスを検出する。呼気に含まれるアンモニアガスは、胃癌、心疾患と関連があるピロリ菌感染を示すマーカーガスであることが知られている。第3実施形態にかかる呼気ガスセンサシステムを用いることで、癌等の疾病の早期発見のための簡易な検査を行うことができる。   Hereinafter, the expired gas sensor system according to the third embodiment will be described with reference to FIG. The expired gas sensor system according to the third embodiment detects ammonia gas in human expired air. Ammonia gas contained in exhaled breath is known to be a marker gas indicating Helicobacter pylori infection associated with gastric cancer and heart disease. By using the breath gas sensor system according to the third embodiment, a simple test for early detection of diseases such as cancer can be performed.

図16は、第3実施形態にかかる呼気ガスセンサシステムを示す図である。呼気ガスセンサシステム30は、図16に示すように、ガスセンサデバイス10と、計測部21と、送信部33とを有するセンサ部31と、受信部34と、算出部22と、出力部35とを有するモニタ部32とを備える。   FIG. 16 is a diagram illustrating an expired gas sensor system according to the third embodiment. As shown in FIG. 16, the expired gas sensor system 30 includes a gas sensor device 10, a measurement unit 21, a sensor unit 31 having a transmission unit 33, a reception unit 34, a calculation unit 22, and an output unit 35. And a monitor unit 32.

センサ部31は、ガスセンサデバイス10を格納する筐体であり、吹込口と排気口を有し、ガスセンサデバイス10に暴露する呼気を導入できるようになっている。センサ部31は、例えば、温度、湿度、気圧を計測するセンサや、アンモニアガス以外を検出対象ガスとする他のガスセンサデバイスを有していてもよい。   The sensor unit 31 is a housing that houses the gas sensor device 10, has a blow-in port and an exhaust port, and can introduce exhaled breath exposed to the gas sensor device 10. The sensor unit 31 may include, for example, a sensor that measures temperature, humidity, and atmospheric pressure, and another gas sensor device that uses a gas other than ammonia gas as a detection target gas.

測定者は、測定開始時間から、吹込口を通して、センサ部31の筐体内部に呼気を一定時間吹き込む。センサ部31に呼気を吹き込む時間は、例えば、15秒間である。   From the measurement start time, the measurer blows exhaled air into the housing of the sensor unit 31 for a certain period of time through the air inlet. The time for blowing the breath into the sensor unit 31 is, for example, 15 seconds.

送信部33は、計測部21が計測開始時間から計測したガスセンサデバイス10の電気特性を1秒間に1回、無線通信を介して、受信部34を有するモニタ部32に送信する。   The transmission unit 33 transmits the electrical characteristics of the gas sensor device 10 measured by the measurement unit 21 from the measurement start time once per second to the monitor unit 32 having the reception unit 34 via wireless communication.

算出部22は、一定期間の電気特性、例えば、計測開始時間の4秒後時点から13秒後時点までの、ガスセンサデバイス10の被接触部13の電気抵抗値の時間あたり変化を算出し、算出した電気抵抗値の時間あたり変化に基づいて、アンモニアガス濃度を算出し、算出結果とする。算出部22は、事前に作成した、アンモニアガス濃度に対応するガスセンサデバイス10の電気抵抗値変化を示す検量線を保存しておき、算出した電気抵抗値の時間あたり変化と検量線とを対照してアンモニア濃度を算出してもよい。   The calculation unit 22 calculates and calculates an electrical characteristic of a certain period, for example, a change per hour in the electrical resistance value of the contacted part 13 of the gas sensor device 10 from the time point 4 seconds after the measurement start time to the time point 13 seconds later. Based on the change of the electrical resistance value per time, the ammonia gas concentration is calculated and used as the calculation result. The calculation unit 22 stores a calibration curve prepared in advance and indicating a change in the electric resistance value of the gas sensor device 10 corresponding to the ammonia gas concentration, and contrasts the calculated change in the electric resistance value per hour with the calibration curve. Then, the ammonia concentration may be calculated.

出力部35は、算出部22が算出した算出結果を出力する。出力部35は、例えば、ディスプレイ、スピーカーである。   The output unit 35 outputs the calculation result calculated by the calculation unit 22. The output unit 35 is, for example, a display or a speaker.

上記のように、ガスセンサデバイス10と、計測部21と、送信部33とを有するセンサ部31と、受信部34と、算出部22と、出力部35とを有するモニタ部32とを備える呼気ガスセンサシステムは、呼気ガス中のアンモニアガス濃度を、正確かつ簡易に測定できる。   As described above, an exhalation gas sensor including the gas sensor device 10, the sensor unit 31 including the measurement unit 21, and the transmission unit 33, the reception unit 34, the calculation unit 22, and the monitor unit 32 including the output unit 35. The system can accurately and easily measure the ammonia gas concentration in the exhaled gas.

以下、比較例にかかるガスセンサデバイスについて、説明する。第1実施形態と比較して、共通する要素については説明を割愛する。   Hereinafter, the gas sensor device according to the comparative example will be described. Compared to the first embodiment, description of common elements is omitted.

比較例にかかるガスセンサデバイスは、第1実施形態の臭化第一銅を吸着したポリチオフェン膜である被接触部の代わりに、臭化第一銅の被接触部を備える。   The gas sensor device according to the comparative example includes a contact portion of cuprous bromide instead of the contact portion that is the polythiophene film adsorbing cuprous bromide of the first embodiment.

以下、比較例にかかるガスセンサデバイスの動作原理について説明する。   Hereinafter, the operation principle of the gas sensor device according to the comparative example will be described.

検出対象ガスのアンモニアは、被接触部13に接触すると、臭化第一銅に電子を供与し、配位結合を形成する。アンモニアから臭化第一銅に電子が供与されると、臭化第一銅のp型キャリア濃度が減少するので、被接触部13の電気抵抗値が増加する。   When ammonia as the detection target gas comes into contact with the contacted part 13, it donates electrons to the cuprous bromide to form a coordinate bond. When electrons are donated from the ammonia to the cuprous bromide, the p-type carrier concentration of the cuprous bromide decreases, so that the electrical resistance value of the contacted portion 13 increases.

以下、比較例にかかるガスセンサデバイスの、濃度1ppmのアンモニア及び硫化水素に対する電気抵抗値変化の応答について、図17〜図18を参照して説明する。第2実施形態にかかるガスセンサシステムと同様の方法で、比較例にかかるガスセンサデバイスの電気抵抗値の時間ごとの変化を測定する。   Hereinafter, the response of the electrical resistance value change with respect to ammonia and hydrogen sulfide having a concentration of 1 ppm in the gas sensor device according to the comparative example will be described with reference to FIGS. 17 to 18. The change with time of the electric resistance value of the gas sensor device according to the comparative example is measured by the same method as that of the gas sensor system according to the second embodiment.

図17は、比較例にかかるガスセンサデバイスの、大気中濃度が1ppmのアンモニアガス、及び硫化水素ガスに対する応答プロファイルである。図18は、図17に示した応答プロファイルのうち、対象ガスに暴露開始から60秒間までの初期応答を示す拡大図である。ガスセンサデバイス10の硫化水素に対する応答強度は、アンモニアに対する応答の約1/10の割合で増加する。ガスセンサデバイス10の硫化水素に対する応答開始は、アンモニアに対する応答開始と同時である。   FIG. 17 is a response profile of the gas sensor device according to the comparative example with respect to ammonia gas and hydrogen sulfide gas having an atmospheric concentration of 1 ppm. FIG. 18 is an enlarged view showing the initial response from the start of exposure to the target gas in the response profile shown in FIG. 17 until 60 seconds. The response intensity of the gas sensor device 10 to hydrogen sulfide increases at a rate of about 1/10 of the response to ammonia. The start of response of the gas sensor device 10 to hydrogen sulfide is simultaneously with the start of response to ammonia.

以下、比較例にかかるガスセンサデバイスの製造方法について説明する。第1実施形態と比較して、共通する要素については説明を割愛する。   Hereinafter, the manufacturing method of the gas sensor device concerning a comparative example is demonstrated. Compared to the first embodiment, description of common elements is omitted.

比較例にかかるガスセンサデバイスの製造方法は、第1実施形態のポリチオフェン膜を形成する代わりに、第1電極及び第2電極と電気的に接続された銅膜を形成し、銅膜に臭化第二銅を接触させることで、臭化第一銅の被接触部を形成する。   Instead of forming the polythiophene film of the first embodiment, the gas sensor device manufacturing method according to the comparative example forms a copper film electrically connected to the first electrode and the second electrode, The contacted part of cuprous bromide is formed by contacting the copper.

図8において、ガスセンサデバイス10の基板11の上の2つの電極12a、12bと電気的に接続する位置に、第1実施形態のポリチオフェン膜14の代わりに、一辺5mm、膜厚60nmの銅膜を、マスクを用いて形成する。   In FIG. 8, instead of the polythiophene film 14 of the first embodiment, a copper film having a side of 5 mm and a film thickness of 60 nm is provided at a position electrically connected to the two electrodes 12 a and 12 b on the substrate 11 of the gas sensor device 10. , Using a mask.

形成した銅膜上に、臭化第二銅溶液を接触させる。臭化第二銅溶液は、濃度0.1mol/L水溶液を滴下し、1分間浸漬した後に、純メタノールで洗浄される。   A cupric bromide solution is brought into contact with the formed copper film. The cupric bromide solution is washed with pure methanol after a 0.1 mol / L aqueous solution is dropped and immersed for 1 minute.

図10において、第1実施形態の臭化第一銅を吸着したポリチオフェン膜14である被接触部13の代わりに、臭化第一銅の被接触部13を形成し、ガスセンサデバイス10を製造する。   In FIG. 10, the contact portion 13 of cuprous bromide is formed instead of the contact portion 13 which is the polythiophene film 14 adsorbing cuprous bromide of the first embodiment, and the gas sensor device 10 is manufactured. .

本発明の実施形態にかかるガスセンサデバイス及びガスセンサシステムによるガス検出方法は一例であり、検出対象ガスや使用する環境条件に合わせて最適な方法を選択する。   The gas detection method by the gas sensor device and the gas sensor system according to the embodiment of the present invention is an example, and an optimal method is selected according to the detection target gas and the environmental conditions to be used.

図19は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの変形例を示す図である。被接触部13は、図19に示すように、例えば、2つの電極12a、12bの側面のみに接して形成されていてもよい。   FIG. 19 is a diagram illustrating a modification of the gas sensor device according to the first embodiment. As shown in FIG. 19, the contacted portion 13 may be formed in contact with only the side surfaces of the two electrodes 12a and 12b, for example.

図20は、第1実施形態にかかるガスセンサデバイスの変形例を示す図である。被接触部13は、2つの電極12a、12bと電気的に接続されていればどんな形状でもよい。例えば、図20に示すように、円形であってもよい。

第1実施形態におけるポリチオフェン膜は、単一のポリチオフェン分子であってもよい。
FIG. 20 is a diagram illustrating a modification of the gas sensor device according to the first embodiment. The contacted portion 13 may have any shape as long as it is electrically connected to the two electrodes 12a and 12b. For example, as shown in FIG. 20, it may be circular.

The polythiophene film in the first embodiment may be a single polythiophene molecule.

10 ガスセンサデバイス
11 基板
12 電極
13 被接触部
14 ポリチオフェン膜
14A、14B ポリチオフェン平面
20 ガスセンサシステム
21 計測部
22 算出部
30 呼気ガスセンサシステム
31 センサ部
32 モニタ部
33 送信部
34 受信部
35 出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Gas sensor device 11 Board | substrate 12 Electrode 13 Contacted part 14 Polythiophene film | membrane 14A, 14B Polythiophene plane 20 Gas sensor system 21 Measurement part 22 Calculation part 30 Exhalation gas sensor system 31 Sensor part 32 Monitor part 33 Transmission part 34 Reception part 35 Output part

Claims (8)

第1電極及び第2電極と、
前記第1電極及び前記第2電極と電気的に接続され、臭化第一銅を吸着したポリチオフェン膜と
を備えるガスセンサデバイス。
A first electrode and a second electrode;
A gas sensor device comprising: a polythiophene film electrically connected to the first electrode and the second electrode and adsorbing cuprous bromide.
前記ポリチオフェン膜は、ポリチオフェン分子を含み、前記臭化第一銅は、前記ポリチオフェン分子に含まれる硫黄原子と結合する請求項1に記載のガスセンサデバイス。   The gas sensor device according to claim 1, wherein the polythiophene film includes a polythiophene molecule, and the cuprous bromide is bonded to a sulfur atom included in the polythiophene molecule. 前記ポリチオフェン膜は、複数のポリチオフェン分子が前記第1電極から前記第2電極の方向にスタッキングされたスタッキング構造を有する請求項1又は2に記載のガスセンサデバイス。   The gas sensor device according to claim 1, wherein the polythiophene film has a stacking structure in which a plurality of polythiophene molecules are stacked in a direction from the first electrode to the second electrode. 前記ポリチオフェン膜は、ポリ(3−アルキルチオフェン)を有する請求項1乃至3のいずれかに記載のガスセンサデバイス。   The gas sensor device according to claim 1, wherein the polythiophene film includes poly (3-alkylthiophene). 第1電極及び第2電極と、前記第1電極及び前記第2電極と電気的に接続され、臭化第一銅を吸着したポリチオフェン膜とを備えるガスセンサデバイスと、
前記ポリチオフェン膜の電気特性を計測する計測部と
を備えるガスセンサシステム。
A gas sensor device comprising: a first electrode; a second electrode; and a polythiophene film that is electrically connected to the first electrode and the second electrode and adsorbs cuprous bromide;
A gas sensor system comprising: a measurement unit that measures electrical characteristics of the polythiophene film.
更に、前記計測部で計測された電気特性を用いて、電気特性の変化を算出する算出部を備える請求項5に記載のガスセンサシステム。   Furthermore, the gas sensor system of Claim 5 provided with the calculation part which calculates the change of an electrical property using the electrical property measured by the said measurement part. 第1電極及び第2電極と電気的に接続され、臭化第一銅を吸着したポリチオフェン膜を形成する
ガスセンサデバイスの製造方法。
A method of manufacturing a gas sensor device, wherein a polythiophene film that is electrically connected to a first electrode and a second electrode and adsorbs cuprous bromide is formed.
前記臭化第一銅を吸着したポリチオフェン膜は、ポリチオフェン膜に臭化第二銅を接触させることで形成される請求項7に記載のガスセンサデバイスの製造方法。   8. The method of manufacturing a gas sensor device according to claim 7, wherein the polythiophene film adsorbing the cuprous bromide is formed by bringing cupric bromide into contact with the polythiophene film.
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